Электрические вакуумплотные выводы — впаи, неотъемлемый и архиважный элемент любого электровакуумного прибора (ЭВП). Добавим: элемент сложный, ответственный, капризный и склонный к дефектам. Стёкла со спаиваемыми металлами должны иметь близкий КТР (коэффициент теплового расширения), иначе впай разрушится при нагреве или охлаждении. Электровакуумные стёкла при этом делятся на группы, именуемые по металлу, пригодному для впая — платиновая, молибденовая, вольфрамовая.

Платиновые стёкла (зелёный или голубоватый цвет торца) хороши низкой температурой плавления (могут обрабатываться на газовоздушном пламени) и простым, надёжным впаиванием проволоки из платинита — специального биметалла (железоникелевого сплава с медным слоем — дешёвого заменителя платины). Стёкла эти, однако, имеют большой КТР, из-за чего очень склонны к растрескиваниям, из них трудно сделать хоть сколько-то крупный и сложный прибор, для ручной работы использовать их не рекомендуют.

Стекло молибденовой группы (медово-жёлтый цвет торца) более тугоплавкое, имеет меньший КТР и склонность к растрескиванию, стёкла это длинные — после разогрева долго остаются размягчёнными — работать с ними очень удобно. Для обработки на горелке требуют толики кислорода. Впаи в молибденовые стёкла делают из молибдена и ковара (сплава никеля, кобальта и железа). Работать с ними сложнее.

Подготовка молибденовой проволоки

Платинит, имеющий внешний слой из гальванической меди, естественным образом оказывается хорошо подготовлен к работе. Молибденовая же проволока получается волочением через фильеры, с разогревом, отжигом, обильной смазкой и перед работой, конечно, требует очистки и подготовки — резки, рихтовки, обезжиривания, а иногда и травления.

Фото 2. Свою молибденовую проволоку для учебно-тренировочной работы правильно выравнивать поленился — взял один конец отрезка плоскогубцами и несколько раз с изгибом продёрнул его через зажатый в руке комок ветоши, смоченный бензином галоша. Заодно очистил проволоку от большей части аквадага — коллоидного графита, технологической смазки

Фото 3. Нарезанные кусочки Мо проволоки очистил, погружая их в расплав калийной селитры на ~5 сек. На ковар расплав действует не выражено, его очищают в тёплом насыщенном щелочном растворе красной кровяной соли. Ahtung! — расплав селитры потенциально пожароопасен

Фото 4. Обработанная в расплаве проволока. Покрыта тонким слоем застывшей селитры, предохраняющей металл от окисления

Фото 5. Промывка заготовок в двух водах по 5 мин, с применением ультразвуковой (УЗ) мойки

Фото 6. Сушка мокрых проволочек после промывки — в тонкостенной нержавеющей посудине, в духовке, нагретой до 100…150 ̊ С, ~10 мин

Фото 7. Чёрная на катушке Мо проволока после обработки становится блестящего стального цвета

Остеклование проволоки

При изготовлении впая важно проволоку правильно остекловать. Здесь мы соединяем два разнородных материала, выполнение этой первичной операции главным образом и определяет качество готового вывода-впая ЭВП.

При спаивании проволоки со стеклом, в нём растворяется не чистый металл, но его окисел — очищенные проволочины перед работой слегка окисляют. При этом следует получать тонкий, плотный слой оксидов, дающий лучшее уплотнение, надёжность и долговечность спая. После растворения окиси металла в стекле качество спая можно оценить по цвету: хорошие впаи молибдена имеют серый, тёмно-золотистый (светло-коричневый) цвет, ковара — мышино-серый или стальной. Впаи чёрного цвета свидетельствуют о переокислении металла или недогреве стекла. Такие впаи не являются вакуумплотными, их безусловно бракуют.

Фото 8. Окисление очищенной проволоки перед остеклованием — прогрев её в дальней окислительной части пламени до начала свечения

▍ Остеклование проволоки трубочкой

Фото 9. Для этого способа на окисленную проволоку надевают кусочек тонкой трубочки 10…20 мм длиной, из стекла соответственной группы. Трубочку сильно разогревают, и размягчённое стекло сжимается силами поверхностного натяжения, осаживается на проволоку, спаиваясь с ней. С тонкой коваровой проволокой работает неважно — металл переокисляется, молибден же и вовсе склонен к распылению при сильном нагреве, для него этот способ применять не рекомендуется

▍ Остеклование намоткой стекла

Фото 10. Первым делом изготовим тонкий стеклянный прутик-струну. На фото — наши экзерсисы в декоративном стеклоделии-лэмпворк. Действуем аналогично: разогреваем кусочек нужного стекла между двух державок, растягиваем его в толстую нить. Ручками могут быть стеклянные палочки, трубочки или стальные спицы

Фото 11. Разогреваем проволочку вывода и стеклянную струну, наматываем стекло, оплавляем его в каплю. При всей простоте способ требует изрядного опыта — положение в факеле элементов такое, чтобы не перегреть металл и хорошо размягчить стекло, молибден при разогреве следует держать дальше струны, чтобы распылённый металл не осаживался на стекло. На тонких проволочках работа удаётся лучше всего, если крупную каплю стекла быстро прилепить к слегка прогретому металлу

Фото 12. Оплавленная бусинка стекла на Мо Ø 0,5 мм

Фото 13. Несколько учебно-тренировочных бусинок на Мо проволоке, выполненных намоткой, и одна (крупная) усаживанием трубочки. Видно, что остеклование трубочкой переокисленное из-за свойственного способу длительного нагрева, многие бусинки, сделанные намоткой струны, удаются с более или менее правильным светло-коричневым цветом, но в стекле остаётся много захваченных пузырьков воздуха. Бусинки с оговорками и тщательным контролем, можно применять, особенно если требуется компактность. Надо полагать, оба способа работают лучше на стержнях потолще, жёстких и не столь склонных к перегреву

Вакуумное остеклование

Откачаем из разогретой трубочки с проволочиной внутри воздух, и атмосферное давление плотно и равномерно обожмёт горячее размягчённое стекло вокруг ввода. Вакуум здесь нужен условный, годится любой механический или даже водоструйный насос. Если насос масляный, то при работе включаем его газобалласт или устанавливаем предварительный осушитель с силикагелем или алюмогелем.

▍ Насос

Для работы применил небольшой перистальтический насос, установив его на деревянное шасси вместе с блоком питания (БП).

Фото 14. Основание модуля сделал из строганной сосновой дощечки, переднюю стенку из плотного ДВП. Окна выпилил ручным лобзиком по дереву, собрал на столярный ПВА и мелкие гвоздики

Фото 15. Несколько увеличил разрежение, создаваемое насосом, заменив штатную тонкостенную и мягкую, коротенькую трубку со штуцерами на длинный кусок силиконового шланга пожёстче

Фото 16. Запитал 12 В моторчик насоса от нашедшегося старого БП АТ — блок питания, разобрал, почистил, заменил несколько подозрительных конденсаторов, выкусил лишние провода, закрепил на деревянном основании мелкими саморезами за нижний жестяной кожух

Фото 17. Насос в сборе, вид сверху

Фото 18. Насос в сборе, вид спереди

▍ Процесс

Фото 19. Действовал так: на нетолстой штенгельной трубочке обычным образом раздул оливку для присоединения шланга, а второй конец запечатал, внутрь поместил подготовленный отрезок проволоки (на фото)

Фото 20. Включил насос и дал ему чуток поработать (~10 сек), стекло напротив средней части проволочины хорошо прогрел с вращением

Фото 21. На фото видно, как атмосферное давление сплющило на проволоке размягчённое стекло

Фото 22. Остудив впай, удаляем лишнее на стальной призме — делаем риску алмазным надфилем, прикладываем к ребру призмы, ударяем нетяжелой железкой по свободному концу. Риску полезно смочить

Фото 23. Способ чудо как хорош! — ненамного хлопотнее и дольше других, высокое качество впая, никакого брака. Заготовки получаются крупноватыми, но повозившись, можно их уменьшить. Тонкие проволочины не перегреваются, не переокисляются, не перегорают, как, например, тонкий ковар. Молибден не распыляется. Острые края оплавятся при сборке ножки или лампы

Защитное остеклование порошком

Молибден, даром что тугоплавок, способен здорово распыляться в сильном пламени горелки, загрязняя электроды и стекло прибора трудноудаляемыми окислами, могущими нарушить работу ЭВП. Наружные концы Мо проволоки при необходимости хромируют на время огневых работ. Ещё один простой вариант защиты от распыления — тонкоплёночное остеклование.

Дело собственно немудрёное: мельчайший порошок нужного стекла замешивают на изоамилацетате (грушевой эссенции) до консистенции жидкой сметаны, макают в состав концы проволоки, сушат и оплавляют на горелке. После сборки тончайший слой стекла удаляют мелкой наждачкой.

Фото 24. Первичное измельчение сделал в импровизированной ступке из крупной гаражной петли. Нужен вариант из чёрной магнитной стали

Фото 25. В ступку закладываем обломки Мо стекла — отходы, бой. Крупные куски делим кусачками для мозаики. На фото их фабричный и самодельный варианты

Фото 26. Наполняем петлю-ступку, ставим её на пенёк и ТЫ-ДЫЩ кувалдой! Несколько раз. Выковыриваем стальной проволочкой получившееся и отсеваем на самом мелком сите песок, остальное возвращаем в ступку на доизмельчение. Над кучкой нужного через бумажку водим магнитом — отлавливаем железные частички (на фото внизу)

Фото 27. Даже самый мелкий отсев из ступки не даёт нужной степени измельчения — придётся поработать пестиком в фарфоровой ступке

Фото 28. Подлежащие защите концы проволочек макаем в наш декокт, сушим. На фото — вид покрытых порошковым стеклом бусинок

Фото 29. Тонкий слой порошкового стекла на проволочках очень непрочен, чтобы не повредить, его лучше оплавить немедленно после сушки

Фото 30. Вид технологического защитного остеклования, оплавленного в мягком пламени. Слой стекла уже довольно прочен, в пламени даёт характерное рыжее окрашивание — «содовое свечение», молибден внутри не испаряется

Фото 31. Незащищённый же молибден, испаряясь, окрашивает пламя в почти белый цвет

Работа с коваром

Увы, этот на все лады расхваливаемый в спецлитературе сплав, в кустарных условиях применять затруднительно — как и никель, ковар содержит большое количество растворенных газов, выделяющихся при нагреве — перед работой его следует отжигать в вакуумной или водородной печи при высокой температуре. Забава эта рациональна только в заводских условиях. В любительской же лабораторной практике разумнее применять дорогой, но и более покладистый молибден. Тем не менее…

Фото 32. Очищают ковар, погружая его на 15 мин в раствор 30,5 гр красной кровяной соли + 4,5 гр NaOH в 100 мл воды

Фото 33. Воду приходится слегка подогреть, иначе сухие компоненты до конца не растворяются, по мере травления окислов, цвет раствора становится темнее

Фото 34. Водородную печь в первом приближении может заменить прокаливание проволочки в восстановительном пламени горелки до 15 мин

Фото 35. Вид впая необработанной коваровой проволоки. Видны цепочки мелких пузырьков газа. Тщательной очисткой и длительным прокаливанием ковара в восстановительном пламени, удаётся почти свести их на нет

Родственники, соседи — вольфрам

Впаи в ещё более тугоплавкие боросиликатные стёкла выполняют из вольфрама, а группа стёкол именуется вольфрамовой. Работа с вольфрамом аналогична возне с молибденом, однако загрязнения W удаляются в расплаве селитры натриевой, а цвет хорошего впая W в стекло — стальной, золотистый, красноватый. Вольфрам мало распыляется в пламени, обычно его не защищают.

Здесь стоит сказать, что КТР платинита от платинового стекла заметно отличается, такой впай называют несогласованным, проволока для него должна быть относительно тонкой, чтобы неизбежные внутренние напряжения не смогли сломать стекло. Ковар же, молибден и вольфрам со своими стёклами совпадают по ТКР намного точнее, такой спай называют согласованным, выводы при этом могут быть уже в виде относительно толстых стержней.

Что дальше?

Дальнейшая работа с остеклованными проволочками молибдена и ковара не отличается от таковой с платиновым стеклом и платинитом — на их основе обычным образом изготавливается одиночный впай в колбу прибора, гребешковая ножка или упрощённый цоколь.

Мораль

Для экспериментальных работ в любительской лаборатории-мастерской — долой ковар и все другие способы остеклования, кроме вакуумного, по крайней мере, для тонкой проволоки. Перистальтическому насосу не страшны пары воды, он дёшев и очень удобен в работе, хотя не повредит дополнить его переключателем «туда-сюда», чтобы после операции не отрывать присосавшийся шланг. Нужен «шарнир для дутья».

Фото 36. Сложный трёхзвенный ввод никель-молибден-никель — неканонический вариант избежать распыления молибдена в пламени. Его коротенький отрезок полностью впаивается в стекло. Проволочки свариваются контактным способом

Фото 37. Учебно-тренировочная индикаторная газоразрядная лампа из молибденового стекла, с трёхзвенными вводами в гребешковой ножке

Литература

Библиотечка электровакуумщика-кустаря. Часть 2. Общие лабораторные работы. Часть 3. Стеклодувное дело.

На благо всех разумных существ, Babay Mazay, декабрь, 2024 г.

© 2024 ООО «МТ ФИНАНС»

Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT 💻